Современные процессоры Intel. Структура и принцип работы

УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ
ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ МУХАММАДА АЛЬ-ХОРАЗМИЙ

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА В СФЕРЕ ИКТ (ЦИФРОВАЯ КОММЕРЦИЯ)

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

ТЕМА: Современные процессоры Intel. Структура и принцип работы.

Предмет: Построение компьютера

Выполнил: Исроилов Х.У
Группа: 016-20
Проверил___________________

Ташкент – 2022

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

• 
  арифметико-логическое устройство;
  
• 
  шины данных и шины адресов;
  
• 
  регистры;
  
• 
  счетчики команд;
  
• 
  кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);
  
• 
  математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.
  

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
Микропроцессор Intel Pentium 4 — наиболее совершенный и мощный процессор выпуска 2001 г. с тактовой частотой до 2 Гигагерц, представлен на рисунке 1 примерно в натуральную величину. Он предназначен для работы приложений, требующих высокой производительности процессора, таких, как передача видео и звука по Интернет, создание видео-материалов, распознавание речи, обработка трехмерной графики, игры.
Рисунок 1.
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
Процессор - важнейшие элемент ЭВМ, поэтому производством процессоров занимается большое число фирм. Наиболее массовое распространение в настоящее время получили процессоры, произведенные фирмой Intel (США).
По конструктивному признаку все процессоры делятся на разрядно-модульные (собираемые из нескольких микросхем) и однокристальные (они изготавливаются в виде одной микросхемы, на одном кристалле). Последние в настоящее время получили наибольшее распространение.
По способу представления команд все микропроцессоры можно разделить на две группы:

• 
  типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;
  
• 
  типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд.
  

RISC-процессоры нацелены на быстрое выполнение небольшого набора простых команд. При выполнении сложных команд они работают медленнее, чем CISC-процессоры. Эти две архитектуры процессоров постоянно сближаются, отбирая лучшие свойства из каждой. Тем не менее, более перспективной является RISC-архитектура.
Под архитектурой понимается конструкция процессора и имеющаяся система команд процессора (набор инструкций).
В 1969 году компании Intel удалось создать комплект из четырех интегральных микросхем с полным набором элементов, характерным для процессора. Длина слова первого процессора составляла всего 4 бита.
В 1971 году был выпущен 4-разрядный процессор Intel 4004, который стал применяться в микрокалькуляторах.
Уже в 1972 году появился 8-разрядный процессор Intel 8008, а в 1974 году - его улучшенный вариант Intel 8080. Он нашел применение в первых встроенных ЭВМ для управления производственными процессами.
В 1978 году был разработан процессор Intel 8086, его система команд насчитывала 134 команды. На базе процессора 8086 и его модификации 8088 (различаются только разрядностью шины данных) выпускались компьютеры IBM PC и IBM PC/XT.
В 1980 году был представлен на рынок сопроцессор с плавающей точкой 8087, который расширил состав команд процессора 8086 почти на 60 новых команд.
Сопроцессор - это специальная микросхема, которая берет на себя часть важных функций процессора, чаще всего - выполнение арифметических операций с плавающей точкой. Сопроцессор реализует арифметические операции аппаратным способом, что осуществляется намного быстрее по сравнению с программным способом вычислений, которым реализуются операции процессором без использования сопроцессора. Поэтому его иногда называют математическим сопроцессором.
Разработанный в 1982 году процессор Intel 80286 усовершенствовал конструкцию процессора 8086. Была реализована защита памяти, расширено адресное пространство, добавлено несколько команд. Начиная с 286-го, процессоры фирмы Intel поддерживают многозадачный режим (режим выполнения нескольких задач). При работе в таком режиме процессор поочередно переключается от одной задачи к другой, но в каждый текущий момент времени обслуживается лишь одна программа. Для 286-го процессора выпускался 287-й сопроцессор. На базе этих микросхем, начиная с 1984 года, компания IBM производила персональные компьютеры IBM PC/AT.
В 1987 году появился процессор Intel 80386. Начиная с этого процессора, во всех процессорах используется конвейерное выполнение команд - одновременное выполнение в разных частях процессора нескольких последовательно записанных в ОЗУ команд. При такой работе быстродействие ЭВМ увеличивается в 2-3 раза.
386-й процессор может функционировать в двух режимах:

• 
  режим реальной адресации характеризуется тем, что процессор работает как 8086, выполняя соответствующие программы с большей скоростью;
  
• 
  режим защищенной виртуальной адресации характеризуется параллельным выполнением нескольких задач, как бы несколькими процессорами 8086, по одному на каждую задачу.
  

В 1989 году был разработан процессор Intel 80486. Процессоры 486SX и 486DX - это 32-разрядные процессоры, у которых внутренняя кэш-память первого уровня имеет емкость 8Кбайт. Основное отличие между ними заключается в том, что в процессоре 486DX впервые сопроцессор размещен на одном кристалле с процессором. В 486SX отсутствует встроенный сопроцессор для выполнения операций с плавающей точкой. Он применяется в ЭВМ, для которых не очень важна производительность при обработке вещественных чисел.
В 1993 году появился процессор Pentium (Intel 80586 или P5), в котором стали использоваться элементы структуры RISC-процессора. Первоначальная реализация этого процессора была рассчитана на работу с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Впоследствии были разработаны процессоры Pentium с тактовой частотой 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200МГц.
В 1995 году появился Pentium Pro (Intel 80686, Р6) с тактовой частотой 150 МГц.
В 1997 году был разработан процессор Pentium MMX (MultiMedia Extension) 166 МГц. Технология ММХ предполагает включение в состав команд процессора Pentium набора из 57 новых команд. Этот дополнительный набор команд предназначен в первую очередь для реализации алгоритмов обработки видео- и аудиоданных: фильтрации, свертки и пр.